剛柔並濟的新型可再生熱塑性聚合物

材料牛註：美國橡樹嶺國家實驗室成功將一剛一柔的木質素和橡膠複合製成可再生的熱塑性聚合物，其性能優異，可用於汽車製造業及其他消費品製造業。該材料有望緩解消費品市場對石化產品的依賴。

美國能源部橡樹嶺國家實驗室的一支科研團隊研製出了一種塑造性強的熱塑性聚合物，該聚合物材料的50%組分為可再生的生物質。這類材料可以替代當前眾多消費品生產中所使用的聚合物，可用在諸如汽車保險杠、廚房用具甚至是樂高積木等產品中。這為生產更加清潔和廉價的原材料提供了可能，同時也降低了傳統聚合物對石化產品的依賴性。

這種新型丙烯腈-丁二烯-木質素（ABL）聚合物，具有質輕、高強、高韌的性質。其中木質素是一種堅硬但脆性大的高分子，用於物細胞壁的形成，在ABL中起到了替代傳統的ABS塑料中苯乙烯組分的作用。這種熱塑性彈性體是基於一種無溶劑的生產工藝，將納米級的木質素分散在丁腈橡膠基體中，兩者相互作用，製成的材料可熔可塑，更韌更強，其中剛性的木質素可以起到抵抗變形和增加剛度的作用。這種材料能夠循環利用，在經過許多次熔融塑化後，仍然保持原有的性能。

Amit Naskar說：「我們完全可以叫它綠色產品，因為它50%的組分是可再生的，而實現它商業化生產的技術將能夠減少對石化產品的需求。」

該研究成果發表在了期刊 Advanced Functional Materials上，其研究目的是發展基於木質素的高價值產品。然而，由於木質素脆性大易破碎，因此必須用化學方法連接柔軟的基體來增加其韌性。研究人員將等量的木質素和丁腈橡膠加熱混合，再經擠出機擠出。由於木質素的熱穩定性有差異，因此鑒別篩選出最有效的熱塑性原料就十分重要。通過對比，發現在麥秸、軟木和硬木中，硬木的木質素穩定性最好。之後研究人員將最理想的木質素和熔融態下的聚合物進行耦合。

在加熱室中，兩個轉子能夠將熔融的丁腈橡膠和等量的粉狀纖維素揉捏混合在一起。原本團聚的木質素破碎成相互穿插的層狀分散在橡膠中，並相互作用。製成的產物就兼具了木質素的剛性和橡膠的彈性。此外，改變丁腈橡膠中丙烯腈的含量能夠進一步提高材料的機械性能。此外，也能夠通過調節找到剛性和韌性的之間的最佳平衡點，從而改善聚合物合金的性能。

生物精鍊行業的業界認為木質素是未被充分利用的植物產品，並且希望它能夠用於可再生熱塑性塑料的生產，而這種熱塑性塑料能夠與石油衍生替代物相媲美。該研究團隊正在努力使這種材料可以作為纖維增強複合材料的基體材料使用，並進一步將研究範圍拓展到不同的原料中，以及研究加工條件、材料結構和性能之間的相關性。

本文由材料人網編輯部顧玥提供素材，zero編譯

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